Применение высокочувствительных пешеходных магнитометров в геофизических исследованиях

• Автор: Муравьев, Лев Анатольевич
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПЕШЕХОДНЫЕ ГЕОМАГНИТОМЕТРЫ

1.1 Развитие техники абсолютных геомагнитных измерений

1.2 Сравнительная характеристика современных пешеходных модульных высокочувствительных магнитометров

1.3 Оверхаузеровский ядерно-прецессионный магнитометр POS

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ВЫДЕЛЕНИЕ МАЛЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РЕАЛЬНЫХ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

2.1 Магнитометрические измерения в реальных условиях

2.2 Натурное сравнение магнитометров POS и geometries G858

2.3 Натурное сравнение магнитометров POS и Scintrex SM
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ СО СПУТНИКОВОЙ ТОПОПРИВЯЗКОЙ
3.1 Общая характеристика магнитометрической съемки с применением магнитометров POS
3.2 Особенности спутниковой технологии определения координат точек измерения
3.3 Экспериментальное изучение точности определения координат с помощью навигационного приемника GPS
3.4 Непрерывный режим измерений
3.5 Программное обеспечение для обработки результатов магнитометрической съемки
3.6 Выводы по главе
ГЛАВА 4 ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МАГНИТОМЕТРОВ
4.1 Выделение приповерхностных неоднородностей геологического строения с помощью магнитной съемки в непрерывном режиме
4.2 Обнаружение ферромагнитных объектов в укрывающих средах
4.3 Наземная магнитная съемка при поиске кимберлитовых тел
4.4 Магнитометрическое картирование археологических памятников
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Важной проблемой современной разведочной геофизики является выявление и исследование слабоконтрастных геологических объектов. Под таковыми понимаются объекты, слабо проявляющиеся в физических полях, регистрируемых геофизической аппаратурой [65]. Сложность их изучения обусловлена тем, что геофизические измерения проходят на фоне помех совершенно разной природы. Произошедшие в последнее время принципиальные изменения в аппаратурном обеспечении практически всех видов геофизических работ, связанные с повышением чувствительности и разрешающей способности приборов, делают эти исследования еще более актуальными.
В данной работе рассмотрена возможность использования высокочувствительной модульной магнитометрической аппаратуры для выявления и изучения характеристик геологических и искусственных слабоконтрастных объектов в магнитном поле.
Примерами могут быть: пространственные неоднородности в верхней части геологического разреза, слабо дифференцированные по магнитным свойствам от вмещающей среды; глубинные протяженные геологические тела; искусственные магнитные объекты, имеющие небольшие размеры, что затрудняет их обнаружение в укрывающих средах; измененный в результате деятельности человека культурный слой.
Дополнительная информация может быть получена путем наблюдения отражения в магнитном поле эффектов, возникающих при искусственном или естественном воздействии на эти объекты. Появление высокочувствительных магнитометров позволит более надежно регистрировать малые изменения магнитного поля, вызванные, например, тектономагнитным, сейсмомагнитным, пьезомагнитным эффектами, электрокинетическими явлениями в геологической среде.
Осложняющими исследования помехами могут быть: магнитные поля от других геологических тел, в том числе региональные аномалии; вариации земного

магнетизма и техногенные магнитные помехи; погрешности приборов и методики измерений.
Целыо настоящего исследования является методическая проработка процедуры получения надежных исходных данных магнитометрии с помощью имеющихся в настоящее время высокочувствительных приборов.
Для регистрации геомагнитного поля в работе использован ядерно-прецессионный магнитометр POS на основе процессорного оверхаузеровского датчика, обладающий высокой градиентоустойчивостыо, возможностью сохранения данных в энергонезависимой памяти и реализацией подключения навигационного приемника GPS для определения координат точки измерения. Прибор производится серийно в лаборатории квантовой магнитометрии УрФУ [78]. Проведенные в лабораторных и обсерваторских условиях эксперименты позволили определить при отсчетной величине 0,001 нТл, абсолютную точность прибора ±0,5 нТл, и чувствительность до 0,02 нТл [111].
За методологическую основу работы была принята предписываемая инструкцией по магниторазведке [26] технология проведения магнитной съемки. С помощью одной группы приборов осуществляется площадная съемка или мониторинговое наблюдение вблизи изучаемого объекта. Другая расположена вне него и служит для регистрации вариаций геомагнитного поля.
Выполнен анализ методических и метрологических особенностей проведения измерений высокочувствительными магнитометрами в реальных геолого-геофизических условиях. Уточнена технология проведения магнитометрической съемки с учетом геомагнитных вариаций и с применением спутниковой топопривязки. Разработаны программные продукты для обработки результатов магнитометрической съемки и выделения сигналов на фоне вариаций геомагнитного поля.
Итогом работы является методика использования высокочувствительных модульных магнитометров при геофизических исследованиях. Ее эффективность показана на различных практических примерах. Методика и программы применяются в практике геофизических работ в производственных организациях [43, 84].

Кроме того, количество этих помех немагнитном павильоне минимально. Термостабилизационных реле в данном павильоне нет. Таким образом, отдельные выбросы на записи POS связаны именно с процессами в аппаратуре, а не особенностями изменения геомагнитного поля.
Записи разности между датчиками Scintrex отчетливо выявляют дрейф в первые часы эксперимента, по всей видимости температурный. Датчики квантовых магнитометров Scintrex являются термостабилизированными, и колебания внешней температуры, как оказалось, вызывают небольшие колебания температуры внутри датчика и дрейф измеренного значения поля. В инструкции к магнитометру Scintrex, так же как и Geometries, указано на необходимость прогрева в течение 20 мин перед измерениями. В эксперименте прибор был занесен с улицы (температура около 0°С) в теплый, но не термостабилизированный павильон. Процесс установления постоянной температуры датчика прибора мог длиться несколько часов. Плавное уменьшение разницы между показаниями датчиков начиная с 3 ночи часов может быть объяснено повышением температуры от ночной к утру.
Рассмотрение разностей между вторым датчиком Scintrex и остальными приборами позволяет определить, что описанному выше дрейфу был подвержен именно первый датчик. То есть, сопоставление показаний датчика 2 градиентометра Scintrex с обоими датчиками градиентометра POS, а также с обсерваторским магнитометром POS не выявляют какого либо дрейфа, а в разности между датчиком 1 градиентометра Scintrex и датчиком 1 градиентометра POS этот дрейф присутствует. Разности показаний между датчиками магнитометров показаны на рисунке 15.
Наиболее стабильным в данном эксперименте оказался магнитометр POS № 91. На рисунке 16 приведены разности измерений между магнитометром № 91 и датчиками других магнитометров. Для сравнения выбраны приборы, показавшие наименьший дрейф: градиентометр POS, датчик 2 градиентометра Scintrex и обсерваторский магнитометр POS ART1. Наименьшая ширина шумового разностного сигнала составила 0,05 нТл.